V級圍巖隧道圍巖變形換拱施工技術安全管理初探

鄭 康

(廣東省南粵交通投資建設有限公司，廣東 廣州 510000)

1 工程概況

以汕(頭)湛(江)高速公路清遠清新至云浮新興段新村隧道工程為例，由于原設計新村隧道屬于V型沖溝，埋深較淺，圍巖使用全風化炭質絹云母片巖，在2019年6月25日發生冒頂坍塌，對此采取洞內中管棚對坍塌體回填水泥土方案。在9月2日出現初支突變擠壓變形，拱頂突變下沉，初支侵入二襯達45 m，經過分析后支護變形侵限原因在于前期塌方冒頂，在雨季施工，造成地下水和地表水下滲進洞內，造成全風化炭質絹云母片巖軟化，穩定性降低，出現變形。對此在K49+420～K49+250段使用I20臨時仰拱以及豎斜向鋼支撐，設定60 cm間距，臨時仰拱使用26 cm厚C25噴射混凝土進行封閉，徑向使用5 m小導管加固。對K49+420～K49+435初支限段落展開換拱處理，要在數據監測后進行加固。拆除1榀支撐更換1榀，及時封閉仰拱。每間隔3 m斷面設置監測點，對圍巖進行監控。

2 換拱施工技術安全管理

2.1 換拱施工技術的監控管理

對于本工程而言，需要加強對圍巖的監控，主要從兩個方面展開監控。一方面需要對洞內進行監控，另一方面需要對地表沉降進行監控。尤其是地表沉降監測，在變形換拱前需要按照10 m縱向間距，對5 m橫向間距上設置監控點位，在隧道中線位置適當增加加密點位。中線監測范圍不能超過隧道的開挖寬度和埋深兩者之和。對于洞內的監控需要在護拱上設置監控點位，在5～10 m保證具備斷面測點，建立臺賬，監測頻次要保證1 d1次。根據監控數據的形成時間制作斷面收斂曲線圖和拱頂沉降曲線圖。對用水量進行準確計算，進而保證施工安全，如下式所示。根據監測數據對隧道穩定性進行判斷。因此需要積極使用信息設備，保證前期監控數據準確，進而保證施工方案的安全性。

Q=2.74×a×W×A=2.74×0.3×2357×0.122=236.3(m3/d)

其中2.74為換算系數，Q為隧道含水體地段的常規用水量，a為降水入滲系數，A為含水體地段集水面積，W為年降水量。通過對常規用水量的計算可確定施工期間用水量，評估安全水平。

2.2 做好換拱前準備工作

首先要重視鋼支撐和換拱臺架的支撐，首個鋼支撐加工之后，需要經過組裝測試判斷其性能，保證達到設計要求進行批量生產。在本工程中對于拼裝施工提出了要求，要求誤差不能超過3 cm，而平面翹曲誤差不能超過2 cm，要預留10～15 cm變形量。其次需要對施工人員進行技術交底，交底內容包括現場情況、拆換方案、工藝標準、安全防護等措施，以此保證換拱時順利完成。換拱前還需要對變形區域進行斷面檢查，繪制斷面圖紙。將變形區域準確更換拱架，能夠將重要位置清楚的標記出來。最后要根據斷面圖確定換拱位置，方便于施工人員準確找到換拱位置。在準備工作中安排安全生產責任，針對不同施工步驟，將施工工序分配給不同施工人員，提高施工人員的安全意識。組織施工人員進行安全技術交底。施工期間，每天早會對當天施工內容進行技術交底，要求作業現場人員能夠準確掌握安全技術的應用。早會也需要對安全防護設施進行清點，保證施工人員穿戴完好安全服裝。同時需要要求班組長對施工人員進行安全檢查，每天巡視施工現場，在每日檢查記錄中簽名保存，保證每位施工人員能夠掌握安全注意事項，了解安全操作流程，保證隧道施工受到安全監管。

2.3 臨時加固初期支護

首先根據施工現場要求，使用扇形支撐方案，在每兩個鋼拱架設一環。斜向上使用鋼板焊接，并完全楔緊支撐。在接頭位置使用工字鋼，利用鋼筋牢固焊接，保證每個節點連接牢固，施工期間根據變形情況對拱架進行調整，在必要時提高布置密度。其次要注漿加固圍巖。由于本工程選擇全斷面4.5 m小導管管徑加固帷幕注漿。洞內建設臨時支撐后開始加固注漿，使用42 mm，4 mm無縫鋼管，長度為4.5 m，對初支進行圍巖注漿。使用梅花形設置注漿孔，保持100 cm環向間距，120 cm縱向間距。在管口位置上要牢固埋設。漿液選擇雙液漿，使用風機鉆進行鉆孔，保證鉆孔標準，注漿時維持0.5～1.5 MPa壓力。按照設計量注漿，保持1.5 MPa壓力持續10 min，同時要保證注漿量超過80%。完成注漿后需要打檢測孔，保持深度為4 m。并對檢查孔進行觀察，若只滴水，滲水不超過2L/d，可以滿足1.5 MPa單軸抗壓強度，保證注漿達到應有效果。最后還需要對檢查口進行封堵并保證封堵完全。在加固支撐完成后取得理想效果，變形情況恢復穩定，可以將初支拆除，在拆除時分單元將超限初支拆除，按照小里程到大里程順序拆換，按照先上后下的順序進行拆除，拆下一段立刻進行支護。

這部分施工環節中，尤其要重視安全防護設施的完善，由于施工空間狹窄，施工人員經常需要交叉作業，為避免高空墜落等安全事故，還需要在現場架設安全網，尤其是施工出入口要建設牢固防護棚。在安裝和架設支護中，能夠具備完善的安全設施。施工人員作業全程佩戴安全帽、防滑鞋等保護用品，高處作業必須要佩戴安全帶，設置1 m以上高度的防護欄桿，避免高空墜落事故的出現。

2.4 鋼支撐架設與更換拱架

首先對拱腳雜物進行清理，回填噴射混凝土，混凝土強度要根據實際情況設定。本工程選擇C25混凝土施工。架設時要對誤差嚴格控制，換拱作業需要有人工對鋼支撐進行組裝，使用螺栓連接，并保證三面滿焊。使用混凝土楔子沿著鋼支撐外緣2 m楔緊。更換拱架要保證支護形式維持一致，按照實際情況對縱向間距進行調整。換拱后需要及時噴射混凝土，拆換長度不能過長，并及時進行防水處理，完成二襯混凝土的澆筑工作。初支變形嚴重可以拆換一模二襯長度。保證混凝土可以達到75%設計強度，臺車后退繼續進行換拱作業，避免出現二次侵限，安排專人對工程監控量測。一旦發現異常情況，需要立即停止施工，進而保障施工人員人身安全。

2.5 完善施工保險制度

對全體施工人員購買工程保險。工程保險能夠以較少的投入獲得較大保障，一旦發生工程事故，施工人員也能夠得到補償。發生事故后保險人能夠得到經濟補償，對安全事故造成的副作用產生一定抵消。保險制度也能成為一種激勵策略，提高施工人員的安全意識。

3 總 結

本文先簡單分析了V級圍巖隧道圍巖變形風險，以新村隧道右洞進口施工為例，詳細闡述了換拱施工技術安全管理。施工方必須要加強換拱施工技術的監控管理，做好換拱前準備工作，注意臨時加固初期支護、鋼支撐架設與更換拱架施工，并不斷完善施工保險制度。通過加強施工技術的安全管理，有效減少安全事故，提高施工安全性。